Question

3．金属钛性能优越，被誉为继Fe、Al后应用广泛的“第三金属”．
（1）Ti基态原子的电子排布式为s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²．
（2）钛能与B、C、N、O等非金属元素形成稳定的化合物．电负性：C＞（填“＞”或“＜”，下同）B；第一电离能：N＞O．
（3）月球岩石--玄武岩的主要成分为钛酸亚铁（FeTiO₃）．FeTiO₃与80%的硫酸反应可生成TiOSO₄．SO₄^2-的空间构型为正四面体形，其中硫原子采用sp³杂化，写出SO₄^2-的一种等电子体的化学式：ClO₄^-．
（4）Ti的氧化物和CaO相互作用能形成钛酸盐CaTiO₃，CaTiO₃的晶体结构如图所示（Ti⁴⁺位于立方体的顶点）．该晶体中，Ti⁴⁺和周围12个O^2-相紧邻．

Answer 1

分析 （1）Ti原子核外电子数为22，根据能量最低原理书写核外电子排布式；
（2）同周期自左而右元素电负性增大；N原子中的2p轨道处于半充满状态，更稳定，第一电离能高于同周期相邻元素的；
（3）SO₄^2-中S原子孤电子对数=$\frac{6+2-2×4}{2}$=0，价层电子对数=4+0=0，杂化轨道数目为4，据此确定空间构型与杂化方式；原子数目相同、价电子总数相同的微粒互为等电子体；
（4）CaTiO₃的晶体结构中Ti⁴⁺位于立方体的顶点，由晶胞结构图可知，体心为Ca²⁺，面心为O^2-，该晶体中每个顶点Ti⁴⁺与面心的O^2-相邻，每个顶点为8个晶胞共用，每个面为2个晶胞共用．

解答 解：（1）Ti原子核外电子数为22，根据能量最低原理，核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²；
（2）同周期自左而右元素电负性增大，故电负性C＞B，N原子中的2p轨道处于半充满状态，更稳定，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能N＞O，
故答案为：＞；＞；N原子中的2p轨道处于半充满状态，更稳定；
（3）SO₄^2-中S原子孤电子对数=$\frac{6+2-2×4}{2}$=0，价层电子对数=4+0=0，为正四面体结构，杂化轨道数目为4，S原子杂化方式为sp³；原子数目相同、价电子总数相同的微粒互为等电子体，SO₄^2-的一种等电子体的化学式：ClO₄^-等，
故答案为：正四面体；sp³；ClO₄^-等；
（4）CaTiO₃的晶体结构中Ti⁴⁺位于立方体的顶点，由晶胞结构图可知，体心为Ca²⁺，面心为O^2-，该晶体中每个顶点Ti⁴⁺与面心的O^2-相邻，每个顶点为8个晶胞共用，每个面为2个晶胞共用，晶体中，Ti⁴⁺和周围紧相邻O^2-数目为$\frac{3×8}{2}$=12，
故答案为：12．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电负性、电离能、空间构型与杂化方式判断、等电子体、晶胞结构与计算，注意能级处于半满、全满时元素的第一电离能高于同周期相邻元素，难度中等．